KR20180021175A - 푸르키네 미터 및 자동 평가를 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 인공 수정체 또는 천연 수정체의 위치 이상(편심 및 경사)을 결정하기 위해 눈의 푸르키네 반사들을 자동으로 기록하고 평가하는 새로운 유형의 측정 방법 및 상기 방법을 적용하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 눈은, 상이한 방향으로부터 체계적으로 조명되며, 그리고, 선형 회귀(regression)에 의해, 상대적 렌즈 배향이, 그에 따라 생성되는 푸르키네 반사들의 위치로부터 추출된다.

Description

푸르키네 미터 및 자동 평가를 위한 방법

본 발명은 안과 진단 분야의 이미지 획득 및 이미지 인식 분야에 관한 것이다.

백내장은 수정체의 흐려짐이다. 흐려린 천연 수정체는, 외과적으로 제거될 수 있으며 그리고, 인공 수정체(intraocular lens)(IOL)로도 공지되는, 렌즈 매식체로 교체될 수 있다. 치료된 눈의 시력은, 매식된 렌즈의 품질 및 기하학적 구조에 의존하지만, 눈 안에서의 매식된 렌즈의 위치 또는 자체에도 또한 의존한다.

렌즈의 편심 또는 경사는, 수술 후 심각한 시력 손상을 초래할 수 있다. 이는, 매식된 렌즈가 눈에 특수하게 맞춰진 기하학적 구조를 갖는 경우, 더욱 그러하다. 비구면 렌즈 매식체들에 대해, 예를 들어 +/- 7°의 임계 경사 값 및 +/- 0.4 mm의 임계 편심 값이 공지된다.

따라서, 그러한 손상의 원인을 정확하게 추론할 수 있도록 하기 위해, 인공 수정체의 위치를 가능한 한 간단하고 정확하게 검출할 수 있는 것이 중요하다. 눈 안에서의 위치를 결정하는 공지의 방법들은, 광 간섭성 단층 촬영 기술(Optical Coherence Tomography)(OCT), 샤임플러그 방법(Scheimpflug methods), 초음파 생체 현미경법 및 푸르키네 측정법(Purkinjemetry)이 포함된다.

푸르키네 측정법은, 눈에 진입하는 광선이 다른 경계면에서 다른 각도로 반사된다는 인식에 기초한다. 이는 푸르키네 화상이 가시화될 수 있도록 한다. 이들은, 각막과 수정체 또는 렌즈의 다양한 굴절 표면 상에서 광선을 반사시킴에 의해 생성되는 이미지들이다. 도 1을 참조하여, 푸르키네-반사이미지(Purkinje reflexes)가 보다 상세히 설명된다. 제1 이미지(P1)는, 각막(1)의 앞쪽 각막 표면에서 발생하는 반사이다. P2는, 각막의 뒤쪽 표면에 생성되며 그리고 일반적으로 P1과 중첩되고, 따라서 P2는 일반적으로 추가의 계산에 관련이 없다. 제3 이미지(P3)는, 수정체(2)의 전방 렌즈 표면 상에서 형성되며, 그리고 P4는 최종적으로 후방 렌즈 표면 상에서 형성된다.

푸르키네 이미지들의 상대적인 위치로 인해, 예를 들어, 수정체와 홍채 사이의 거리 또는 수정체의 곡률과 같은 크기가 계산될 수 있다고 공지된다.

출원인의 최선의 지식에 따르면, 2개의 푸르키네 미터, 말하자면, 푸르키네 반사이미지를 검출하고 평가하는 장치들이 현재 공지된다. 제1 푸르키네 미터는, 타바네로 및 아르탈(타버네로 등, 안구 표면의 오정렬 측정을 위한 도구, 옵트 익스프레스, 2006; 14: 10945-10956)에 의해 개시되었다. 여기서, 복수의 반원형 광원이 상이한 위치에서 사용되는 눈을 조명하기(illuminating) 위해 제공되는 것으로 공지된다. 상응하는 푸르키네 반사이미지들(P1, P3 및 P4)은 일반적으로, 이들이 개별적인 각막 및 수정체의 기하학적 구조에 의해 변형되기 때문에, 투영된 반원형 패턴의 형상에 합치하지 않는다. 따라서, 미리 정의된 형태를 가정함에 의한 패턴 인식이, 시스템적 오류에 종속된다.

제2 푸르키네 미터는, 에프. 쉐펠(쉐펠, 수정체안(phakic eyes)을 갖는 건강한 피험자에서 쌍안 렌즈 경사 및 편심 측정, 인베스트 오프탈몰 브이아이에스 에스씨아이 2008, 49: 2216-2222)에 의해 개발되었다. 푸르키네 반사이미지를 검출하는 절차는 일반적으로, 약 10분 소요된다. 눈을 조명하기 위해 단일 광원을 사용한다. 피검사자는, 카메라를 수동으로 트리거함으로써 반사이미지들(P1, P3, P4)에 대한 대응하는 상이한 위치들을 검출하기 위해, 여러 미리 결정된 기준점을 응시하도록 요청된다. 검출된 반사이미지들은, 이때 검사자의 지식에 따라, 수동으로 푸르키네-반사이미지들(P1, P3 및 P4)에 할당된다. 절차 도중에 피험자 또는 조사자에 의해 이루어지는 임의의 실수가, 절차를 다시 시작해야만 하도록 초래할 것이다. 따라서, 이러한 푸르키네 미터는, 적어도 비-협조적인 환자에게, 사용하기가 어렵다.

공지의 장치 양자 모두 그리고 그 기초가 되는 방법들은, 각각의 개별적인 측정(조사는 일련의 수동 개별적 측정들로 이루어짐)을 위해 검사될 환자가 상이한 지점들을 상이한 방향에서 초점을 맞춰야만 한다는 사실에 기초한다. 따라서, 측정의 품질은, 환자의 협조 의지, 그리고 환자의 초점 맞춤의 정확성/안정성에 결정적으로 의존한다. 오류에 대한 민감성이, 몇 분이 소요될 수 있는, 검사의 지속 기간에 따라, 증가한다. 부가적으로, 이미지 분석은, 수동으로 실행되며, 반사된 반사이미지들을 푸르키네 반사이미지들에 대해 맵핑(mappong)하는 것은, 이미지 분석자의 경험에 의존한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 본 출원에서 언급된 단점들 중 적어도 하나를 극복하는, 푸르키네 미터 및 상응하는 방법을 제공하는 것이다.

제시된 기술적인 문제점은, 본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 방법의 특징들에 의해 해결된다. 본 발명은, 눈을 이미지 시퀀스로 이미지화하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는,

- 이미지화 수단 및 카메라 렌즈를 포함하며, 그리고 카메라 축을 한정하는, 카메라;

- 이미지화될 눈에 대해, 고정된 미리 결정된 위치에, 카메라를 가져가도록 맞춰지는 위치 설정 수단;

- 복수의 개별 광원으로서, 각각의 광원이, 카메라 축에 대해 개별적으로 미리 결정된 각도로 그리고 이미지화될 눈의 방향으로, 광빔을 방출할 수 있도록 배치되는 것인, 복수의 개별 광원;

- 카메라 및 광원들의 일정한 위치를 동반하는 가운데 카메라에 의해, 이미지화될 눈의 이미지 시퀀스를 캡처하도록 그리고 상기 시퀀스를 저장 매체 상에 고정하도록 구성되는, 제어 수단

을 포함한다.

상기 제어 수단은, 이미지들을 캡처하는 도중에, 광원들이 미리 결정된 순서로 점등되도록, 그리고 단지 하나의 미리 결정된 광원만이 각각의 이미지의 캡처 도중에 점등되도록, 광원들을 온/오프 전환하도록 맞춰진다.

바람직하게, 상기 광원들은, 적어도 하나의 원호를 따라 카메라 렌즈 주위에 배열될 수 있다. 유리하게, 상기 광원들은, 카메라 렌즈 중심을 통해 연장되며 그리고 카메라 축에 수직인 축에 대해 동심이고 대칭인, 2개의 호 내에 배열될 수 있다.

상기 광원들은 바람직하게, 상기 카메라 축에 대해 비스듬하게 배향되는, 환형 표면 또는 부분적 환형 표면 상에 배열될 수 있다.

상기 광원들은 바람직하게, 방출된 광빔이 이미지화될 눈의 각막에, 직각으로 그리고 높은 확률로, 충돌할 수 있도록, 배열될 수 있다.

상기 복수의 광원은, 예를 들어 15개의 광원을 포함할 수 있을 것이다.

바람직하게, 광원들은, 적외선 발광 다이오드들일 수 있을 것이다. 이미지화 수단은 바람직하게, 적외선 감응형 이미지화 수단일 수 있을 것이다.

광원들은 바람직하게, 캐리어 플레이트(carrier plate) 상에 배치될 수 있을 것이다.

캐리어 플레이트는, 단일의 시각적으로 인식 가능한 기준점을 더 포함할 수 있을 것이다.

바람직하게, 캐리어 플레이트는, 가시광을 방출할 수 있으며 그리고 각각의 이미지의 검출 도중에 점등되도록 맞춰지는, 부가적 광원을 포함할 수 있을 것이다.

대안적으로, 장치는, 캐리어 플레이트 외부의 미리 결정된 위치의 단일의 시각적으로 검출 가능한 기준점을 포함할 수 있을 것이다. 기준점은, 가시광을 방출할 수 있으며 그리고 각각의 이미지의 검출 도중에 점등되도록 마련되는, 부가적 광원일 수 있을 것이다. 이러한 기준 광원에 의해 방출되는 가시광은 바람직하게, 광학 수단을 통해 이미지화될 눈의 시야로 도입될 수 있다. 광학 수단은, 예를 들어 적어도 하나의 거울을 포함한다.

상기 장치는, 상기 이미지 시퀀스의 이미지들 상에서 개별적인 이미지화된 광 반사이미지들 및 상기 이미지 시퀀스를 따르는 그들의 변위를 인식하도록 맞춰지는, 처리 수단을 더 포함할 수 있을 것이다.

처리 수단은 바람직하게, 대응하는 광 반사이미지들의 인식된 형상 및 변위에 기초하여, 이들을 적어도 하나의 특정 푸르키네 반사이미지와 연관시키도록 설정될 수 있을 것이다.

또한, 처리 수단은, 연관된 푸르키네 반사이미지들로 인해, 이미지화된 눈에서 인공 수정체 또는 천연 수정체의 위치를 결정하도록 맞춰질 수 있을 것이다.

본 발명은 또한, 눈을 이미지화하는, 본 발명에 따른 장치에 의해 획득되는 이미지 시퀀스에 기초하여, 눈의 인공 수정체 또는 천연 수정체의 위치를 자동으로 검출하는 방법에 관한 것이다.

상기 방법은, 뒤따르는 단계들을 포함한다:

- 개별적인 이미지화된 광 반사이미지들 및 상기 이미지 시퀀스를 따르는 그들의 변위를 인식하는 단계;

- 개별적인 광 반사이미지들에 대한 인식된 형상 및 변위에 의해, 뿐만 아니라, 개별적인 이미지의 캡처 도중에 점등 전환된 개별적으로 대응하는 광원의 미리 결정된 각도에 의해, 상기 광 반사이미지들 중 적어도 하나를 푸르키네 반사이미지에 할당하는 단계;

- 상기 할당된 푸르키네 반사이미지들에 기초하여 수정체의 편심 및/또는 경사를 계산하는 단계.

더불어, 이미지화된 눈의 동공 및/또는 홍채의 윤곽이 바람직하게, 이미지 시퀀스에서 자동으로 인식된다.

바람직하게, 이미지 획득 도중에 이미지 시퀀스로 이미지화되는 피험자는, 바람직하게는 장치의 일부인, 단일 기준점을 응시한다.

전술한 실시예들의 모든 특징은, 서로 조합되거나 또는 대체될 수 있다.

예시적인 실시예들에 대한 도면들이 이하에서 간략하게 설명될 것이다. 더 상세한 내용은, 실시예들에 대한 상세한 설명에서 확인될 수 있다.
도 1은 눈의 개략도를 도시하며 그리고 푸르키네-반사이미지들(P1, P2, P3 및 P4)에 대한 공지된 발생을 도시하고;
도 2는 바람직한 실시예에서의 본 발명에 따른 장치의 개략적인 측면도를 도시하며;
도 3은 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예의 상세도를 도시하고;
도 4a는 바람직한 실시예에서 본 발명의 장치에 의해 검출되는 눈을 묘사하는 이미지의 개략도(위)이고; 아래는, 상응하는 조명이 도시되며;
도 4b는 바람직한 실시예에서 본 발명의 장치에 의해 검출되는 눈을 묘사하는 이미지의 개략도(위)이고; 아래는, 상응하는 조명이 도시된다.

도 1은 배경 기술 부분에서 이미 설명되어 있다.

다양한 특징들이, 명료함을 위해, 특정 실시예 내에서 독립적으로 또는 다른 특징들과 조합하여, 개시된다. 그러나, 조합의 독립적인 특징들, 뿐만 아니라 독립적으로 제시되는 특징들의 조합들이 또한, 이것이 그러한 경우가 아닌 것으로 분명하게 진술되지 않는 한, 개시된 것으로 고려되어야 한다.

본 설명은, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 본 발명의 이해에 기여하는 특징들로 제한된다. 광원들의 전력 공급 또는 장치의 여러 전자 부품들 간의 데이터 접속과 같은 공지된 수단은, 추가로 설명되지 않을 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 장치(100)의 바람직한 실시예를 도시한다. 장치는, 눈을 이미지 시퀀스로 이미지화하기 위해 사용된다. 이러한 목적을 위해, 이미지화 수단(112) 및 카메라 렌즈(114)를 포함하는 카메라(110)가, 사용된다. 카메라 렌즈는, 이미지화 수단(112)을 사용하여 이미지화될 수 있는 시야를 한정한다. 이미지화 수단은 바람직하게, 입사광을 디지털 신호로 변환할 수 있는, CMOS 센서들의 매트릭스를 포함한다.

장치는, 이미지화될 눈에 대해, 고정된 미리 결정된 위치로, 카메라(110)를 가져가도록 설계되는, 위치 설정 수단(120)을 포함한다. 도 2에서, 위치 설정 수단(120)은, 수평면에 대해, 예를 들어 테이블에 대해, 카메라의 높이를 변경시키는 것을 및/또는 이미지화될 눈을 카메라의 초점 평면에 두기 위해 이미지화될 눈으로부터의 거리를 변경시키는 것을 허용하는, 스탠드로 표현된다.

상기 장치는 바람직하게, 예를 들어 턱 및/또는 이마 지지대의 형태인, 검사될 사람의 위치를 결정하기 위한, 도시되지 않은, 수단을 구비할 수 있을 것이다. 도시된 수단(120)에 대한 대안으로서, 검사될 사람은 마찬가지로, 카메라에 대해 이동 가능할 수 있다.

방법을 의미 있게 하기 위해, 동공 축 또는 눈의 시선이 카메라 축(111)과 실질적으로 일치하는 것이 바람직하다.

각각의 광원이, 카메라 축(111), 동공 축 또는 시선에 대해 개별적으로 미리 결정된 각도로 그리고 이미지화될 눈의 방향으로, 광빔을 방출할 수 있도록, 복수의 개별 광원(130)이, 배열된다. 상기 장치는 바람직하게, 각각의 광원의 고유한 식별 번호를, 카메라 축(111), 동공 축 또는 시선에 대한 그들의 미리 결정된 각도와 연관시키는, 도시되지 않은 저장 요소를 포함한다. 이러한 데이터는, 예를 들어 테이블 또는 데이터베이스에 저장될 수 있다. 광원들은 바람직하게, 발광 다이오드(LED)이며, 그리고 바람직하게, 적외선 범위, 즉 광 스펙트럼의 비-가시 부분의 광선을 방출한다. 이는, 동공에 충돌하는 광빔이 동공을 수축시키도록 야기하지 않는다는 장점을 갖는다. 물론, 이미지화 수단(112)은, 광원들의 스펙트럼에 대한 광 감응형으로 맞춰진다.

바람직하게, 작은 방출 각도를 갖는 개별적인 LED들이 사용된다. 그 결과, 푸르키네 반사이미지들의 위치들가 분명하게 한정되며, 따라서, 광 반사들의 초점이 더 양호하게 인식되며 그리고 다른 반사들의 중첩 가능성이 감소된다. 이는, 푸르키네 반사이미지의 자동 위치 검출을 단순화한다. 부가적으로, 낮은 빔 각도를 갖는 개별적인 LED들을 사용함으로써, LED의 강도가 작게 유지될 수 있으며, ㄱ그리고 그에 따라 눈으로의 에너지 입력이 감소될 수 있다.

광원들은, 예를 들어 카메라 축에 수직으로 배향되는 평면 내에 놓이며 그리고 바람직하게 원형으로 카메라 렌즈 주위에 동심으로 연장되는 선을 따라, 카메라 축에 대향하여 임의의 미리 결정된 방식으로 고정될 수 있다. 이러한 경우 대응하는 섹터는 바람직하게, 눈에 입사하는 광선으로부터 발생하는 푸르키네 반사이미지들이 동공 표면 내에 높은 확률로 나타나도록, 제한된다. 더 큰 각도의 입사광의 경우에, 3개의 푸르키네 반사이미지가 모두 홍채의 시야 내에 속하지 않는 위험이 존재하며, 이는 위치 설정 또는 평가를 더욱 어렵게 만든다.

장치(100)는, 카메라(110) 및 광원들(130)의 위치를 유지하는 가운데, 이미지화될 눈의 이미지 시퀀스(102)를 캡처하기 위해 그리고 이를 저장 매체(150)에 고정하기 위해, 카메라(110)를 제어하도록 설계되는, 제어 수단(140)을, 예를 들어 프로그래밍된 컴퓨터 프로세서를 포함한다. 그러한 수단은 그 자체로 공지되어 있으며, 그리고 상응하는 컴퓨터 프로그램은 당업자에 의해 본 설명에 기초하여 진보성 없이 기록될 수 있다. 제어 수단(140)은, 이미지들을 캡처하는 도중에, 광원들이 미리 결정된 순서로 점등되고, 각 이미지의 검출 도중에 단지 하나의 미리 결정된 광원(130)만이 점등되도록, 광원들(130)을 점등 및 소등하도록 프로그래밍된다. 바람직하게, 각각의 캡처된 이미지 상의 눈은, 단일의 상이한 광원에 의해 선택적으로 조명된다. 이미지화된 눈 및 거기에서 볼 수 있는 반사는, 따라서, 광 입사각에 분명하게 할당될 수 있다. 각각의 저장된 이미지에 대해, 이미지화 도중에 점등되는 광원에 관한 연관된 정보를 부가적으로 저장하는 것이 바람직하다.

바람직하게, 광원들은, 적어도 하나의 원호를 따라 카메라 렌즈 주위에 배열된다. 예를 들어, 광원들은, 카메라 축에 대해 각도를 갖도록 배향되는 캐리어 플레이트의 환형 표면 또는 부분적 환형 표면 상에 배열될 수 있을 것이다. 배열은, 결과적으로 생성되는 푸르키네 반사이미지들의 일정한 밝기가 보장되도록, 선택되어야 한다. 각막 표면에 수직인 개별적인 방향으로부터의 광이 눈에 입사된다는 것을 주목해야 한다. 이러한 목적을 위해, 캐리어 플레이트는 바람직하게, 상응하는 볼록한 곡률을 구비한다. 이미지 시퀀스에서 상이한 이미지들의 일정한 밝기가, 푸르키네 반사이미지들의 자동 인식을 용이하게 하며, 그리고 이미지들의 후-처리를 최상의 경우 불필요하게 만든다.

적외선 LED들이 그 위에 배열되는 캐리어 플레이트는, 바람직한 실시예에서 단일의 시각적으로 인식 가능한 기준점을 추가로 포함한다. 이러한 기준점은, 이미지화될 눈에 의한 이미지 획득 도중에 연속적으로 초점맞춤 되는 가운데, 미리 결정된 순서로, 상이한 각도들로부터의 적외선 LED들의 광이, 눈에 입사된다. 기준점은 바람직하게, 가시광을 방출할 수 있으며 그리고 각각의 이미지의 검출 도중에 점등되도록 마련되는, 부가적 광원일 수 있을 것이다.

대안적으로, 본 발명에 따른 장치가, 캐리어 플레이트 외부의 미리 결정된 위치에, 이러한 단일의 시각적으로 인식 가능한 기준점을 포함할 수 있을 것이다. 기준점은, 가시광을 방출할 수 있으며 그리고 각각의 이미지의 검출 도중에 점등되도록 마련되는, 부가적 광원일 수 있다. 이러한 기준 광원에 의해 방출되는 가시광은 바람직하게, 광학 수단을 통해, 이미지화될 눈의 시야로 도입될 수 있다. 광학 수단은, 예를 들어 적어도 하나의 거울을 포함한다. 기준점의 제공은, 본 발명에 따른 다른 특징들과 독립적이며, 그리고 본 발명에 따른 모든 실시예에서 제공될 수 있다.

도 3은, 설정 나사(133)에 의해 카메라 렌즈(114) 주위에 장착될 수 있는, 환형 캐리어 플레이트(131)의 예를 도시한다. 플레이트는, 광원들(130) 그리고 특히 15개의 적외선 LED(1-4 및 6-16) 및, 해칭되며 그리고 기준점으로서 역할을 하는, 녹색 LED를 포함한다.

동공 인식(동공의 중심이 모든 파라미터들에 대한 기준이 됨)이 자동으로 수행되도록 하기 위해, 충분한 SNR("신호 대 노이즈 비")이 보장되어야만 한다. 이러한 목적을 위해, 눈에 대한 충분히 균일한 조명이 필요하다. 이는, 적외선 LED들(130)로부터 분리되며, 그리고 바람직하게 부가적 적외선 LED에 의한 눈의 간접 조명에 의해 수행된다.

바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 장치는, 개별적인 이미화된 광 반사들 및 이미지 시퀀스의 이미지들 상에서 이미지 시퀀스를 따르는 그들의 변위를 인식하도록 맞춰지는, 이미지 처리 수단을 추가로 포함한다. 이미지 처리 수단은 바람직하게, 적합하게 프로그래밍된 컴퓨터 프로세서에 의해, 제어 수단(140)과 함께 구현된다.

인공 수정체 또는 천연 수정체의 위치에 대한 본 발명에 따른 자동 인식 방법은, 종래 기술과 비교하여 뒤따르는 발견에 기초한다. 단일 이미지는, 상이한 반사이미지들을 푸르키네 반사이미지들에 할당하기에 충분하지 않다. 단지, 상이한 미리 정의된 조명 방향들로부터의 반사들을 보여주는 일련의 이미지들의 상이한 이미지들의 비교만이, 신뢰할 수 있는 할당을 허용한다. 부가적으로, 푸르키네 반사이미지들의 "거짓" 반사들(산란 광)은 단지, 비-특이적 산란 광의 반사들이 정지 상태로 유지되는 가운데, 조명 방향을 변화시킴으로써 푸르키네 반사이미지들이 이동(shift)할 때에만, 신뢰성 있게 구별될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은, 고정된 기준점에 초점을 맞춘 눈을 이미지화하는, 본 발명에 따른 장치에 의해 획득되는 이미지 시퀀스에 기초한다. 제1 단계에서, 개별적인 이미지화된 광 반사들 및 이미지 시퀀스를 따르는 그들의 변위가 검출되거나 또는 식별된다.

대응하는 광 반사들의 인식된 형태 및 이동에 의해, 그리고 눈이 이미지 시퀀스의 각 이미지에서 어떤 각도로부터 조명되었는지를 아는 것에 의해, 상이한 광 반사들이, 푸르키네 반사이미지들에 할당된다.

공지의 계산 방법을 사용하여, 천연 또는 인공 수정체의 편심 및/또는 경사가 이때, 연관된 푸르키네 반사이미지들에 기초하여 계산된다.

예를 들어, 눈꺼풀에 의해 부분적으로 덮일 수 있는, 이미지화된 동공 표면에 대한 자동 인식이, 눈을 조명하는데 사용되는 광원들(130)의 선택을 적합화하기 위해, 사용될 수 있으며, 따라서, 이미지화된 반사들이, 높은 확률로 평가될 수 있게 유지되도록 한다.

본 발명에 따른 수단에 기초하여, 측정이, 몇 초 이내에 완료될 수 있고, 그 안에서, 환자는, 단지 1초의 짧은 시간 동안만, 단일 지점에 초점 맞춤해야만 한다. 따라서 상기 방법의 오류율은 최소화된다.

이하, 본 발명에 따른 푸르키네 반사이미지 검출 방법의 바람직한 실시예가 설명된다.

이미지 캡처

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에 기초하여, 눈은, 도 3에 도시된 LED 링(131)에 의해, 이미지 시퀀스의 획득 도중에, 조명된다. 카메라 렌즈와 검출될 눈 사이의 거리는, 약 35cm이다. 전체 캡처 절차는, 각 이미지가 점등된 단지 하나의 적외선 LED만을 구비하며 그리고 소등된 모든 적외선 LED들과 더불어 부가적인 어두운 이미지가 존재하도록, 15개의 적외선 LED에 상응하는, 640 x 480 픽셀 이미지를 갖는 16개의 그레이 스케일 8-비트 이미지를 생성한다.

이미지 분석

푸르키네 반사이미지들의 자동 검출을 위한 알고리즘은, 3개의 연속적인 단계: 즉, 동공 검출, 입자 검출(반사이미지 검출) 및 입자 분석(반사이미지 분석)로 이루어진다. 우선, 동공이, 각 이미지에서, 그의 중심 좌표와 함께 인식되고 추출되어야만 한다. 이러한 정보는, 동공 영역에 대한 이미지들을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 다음 단계에서, 단지 동공 영역만이, 푸르키네 반사이미지들을 검색하기 위해, 고려된다. 푸르키네 반사이미지들에 부가하여, 이미지는, 밝은 스폿들의 형태의 아티팩트들(artifacts)을 포함할 수 있을 것이다. 모든 조명된 점들이, 입자들의 구름처럼 취급된다. 입자들의 검출 이후에, 이들의 좌표들가 분석된다. 이어서, 푸르키네 반사이미지들(P1, P3 및 P4)이, 인식된다. 다음 단계는, 천연 또는 인공 수정체의 위치 및 배향을 계산하기 위해 푸르키네 반사이미지들의 좌표를 사용하는, 계산 프로세스를 포함한다.

동공 검출

동공 검출 알고리즘은, 각 그레이 레벨에 대한 픽셀의 개수를 나타내는, 이미지 히스토그램을 기반으로 하는 간단한 임계값 기법을 사용한다. 비록 비율 및 크기가 다양하지만, 일부 이미지 특징들이, 적합하게 조명된 눈을 묘사하는 캡처된 이미지 시퀀스의 모든 이미지에서 발견될 수 있다. 홍채와 눈꺼풀을 포함하는 그레이 스케일 픽셀들의 부분은, 전형적으로 최대 100 범위 이내이다. 이러한 픽셀들은, 이미지로부터 추출되며 그리고, 동공의 가장자리가, 캐니 필터(Canny filter)를 사용하여 검출된다. 물론, 실제 값들은, 획득된 이미지의 밝기에 의존한다.

이러한 정보에 기초하여, 동공은, 회전된 타원을 사용하여 가장 잘 설명될 수 있다. 그의 중심 및 가장자리와 같은 타원의 파라미터들은, 공지된 방식으로 수학적으로 표현될 수 있다.

반사이미지 인식

이미지 처리의 제2 스테이지는, 본 발명 장치에 의해 캡처되는 각각의 이미지에서의 푸르키네 반사이미지들의 검출을 포함한다. 푸르키네 반사이미지들(P1, P3 및 P4)은 전형적으로, 이들을 검출하는데 도움이 되는 특성들을 갖는다. P1은, 흔히 자체의 별 형상의 외관에 의해 쉽게 인식될 수 있으며, 흔히 P3은, P1보다 더 크게 나타나며 그리고 더욱 확산된다. P4는, 대부분의 경우, 대략 원형이며 그리고 다른 2개의 반사이미지보다 상당히 더 작다. 인공 수정체안들, 즉 인공 수정체가 매식된 눈들의 이미지들에서, 흔히 3개의 반사이미지가, 비슷한 밝기로 관찰된다.

빈번하게, 이미지 시퀀스 내의 부가적 입자들 또는 반사들이 검출됨에 따라, 동공 영역 내의 모든 입자들이 먼저 검출되어야만 한다. 이것의 주된 이유는, 홍체의 밝은 영역 및 타원의 가장자리의 눈의 다른 영역들뿐만 아니라, 검사실에서 이상적이지 않은 광 조건에 의해 야기되는, 반사들이다.

푸르키네 반사들이 동공 영역 내의 가장 밝은 픽셀들을 포함하는 것으로 가정된다. 격리된 밝은 픽셀들의 제거가 선택적으로, 후속 단계에서 요구될 수 있을 것이다. 이러한 단계의 마지막 부분은, 모든 이미지를 통한 각 반사이미지의 좌표들을 결정하기 위한, 그 자체로 공지된 방법의 적용을 요구한다.

반사들을 상응하는 푸르키네 반사이미지들에 할당

이미 설명된 바와 같이, 푸르키네 반사이미지들의 위치는, 각각의 개별적인 적외선 LED 조명에 의해 이동된다. 이미지들을 통한 푸르키네 반사이미지들의 이동은, LED 링 상의 2개의 반원형 LED에 대응한다.

도 4a 및 도 4b의 동공 영역에 대한 개략도에서, LED들(1 및 2)이 도시된 바와 같이 연속적으로 점등될 때, P4가 좌측 동공 가장자리의 방향으로 이동하는 것이, 도시된다. LED 링의 하부 반원으로부터의 조명에 의해 생성되는 P4 반사이미지는, 상부 반원으로부터 야기되는 반사들의 위치들 아래에 나타난다.

P1과 P3의 위치 관련하여, 반대가, 관찰될 수 있다. 이들은, 우측 동공 가장자리의 방향으로 이동된다. 하부 열의 LED들의 광원의 조명으로부터 야기되는 반사이미지들은, 상부 열로부터의 조명으로 인해 야기되는, 대응하는 반사이미지들 위에 나타난다. 이러한 개략적 도면에 보이는 반사이미지들의 정확한 위치 및 순서는, 측정되는 눈의 특성에 크게 의존한다는 것을 주목하는 것이 중요하다.

반사이미지들을 추적하는 것은, 제1 이미지에서 시작한다. 각각의 후속 이미지에 대해, 이전 이미지에서의 P1, P3 및 P4의 개별적인 위치가 참조된다. 특히, 이전 이미지의 세 지점 위치에 대한 직접적인 근접성이, 분석된다.

먼저, LED(1)와 연관되는 이미지의 최초 검출된 반사이미지는, 본래 입자로 간주된다. 다음 이미지에서, 본래 입자의 위치 주변의 유사한 크기가, 비슷하게 큰 입자들에 대해 검색된다. 하나 이상의 그러한 입자가 검색 범위 내에서 발견되는 경우, 이들은, 다음 반복에서 본래 입자들로 사용될 것이다. 입자가 발견되지 않으면, 크기가 본래 입자의 크기에 가까운 전체 다음 이미지의 입자들이, 다음 본래 입자로 선택된다. 이러한 프로세스는, LED(# 16)의 이미지가 도달될 때까지, 반복된다. 이러한 사이클이 제1 이미지 내의 제1 입자들에 대해 완료된 이후에, 전체 프로세스가, LED(1)와 연관된 이미지 내의 모든 나머지 입자들에 대해 반복된다. 마지막으로, LED와 연관된 이미지 내의 각 입자에 대해, 대응하는 입자들의 세트 또는 그룹이, 후속하는 이미지들에서 식별된다.

도 3에 도시된 바와 같이, LED(# 4)와 LED(# 6) 사이의 갭이, LED 링 상의 LED들의 배열에서, 관찰될 수 있다. 그러한 경우에, 개별적인 이미지들의 입자들에 대한 검색량이, 그에 따라 증가될 수 있다.

다음 단계에서, 어떤 입자가 푸르키네 반사에 대응하는지가 결정된다. 방법은, 크기, 방향 및, 하나의 이미지로부터 다음 이미지로 이동하는, 거리와 같은, 특정한 특성들을 고려하여, P1, P3 및 P4 사이에서 구별한다.

예를 들어, P4는, 반시계 방향으로 이동하며, 그리고 전형적으로 이미지 시퀀스를 따라 유사한 크기를 갖는다. 따라서, 하나의 이미지로부터 다른 이미지로의 P4 반사이미지를 인식하기 위해, 크기가 최소한으로 변화하는 그러한 입자들이, 사용된다. 이러한 절차는, 높은 확률로 P4를 식별하기 위해, 각각의 이전에 식별된 그룹의 입자들에 대해 반복된다.

P4 반사이미지를 식별하기 위한 앞선 단계와 유사하게, 푸르키네 반사이미지들(P1 및 P3)의 특징들이, 이들을 검출하기 위해 사용된다. 2개의 반사이미지가 우측 동공 가장자리 방향으로 이동함에 따라, 이동 거리들이 이미지별로 변한다. 일반적으로, P3 반사이미지들은, P1에 비해 더 큰 거리를 커버한다. 각 이미지에 대해 적절한 거리를 계산하는 것은, 최종 단계에서 반사이미지들을 결정하는 강력한 방법을 제공한다.

1: 각막 2: 렌즈
100: 장치 102: 이미지 시퀀스
110: 카메라 111: 카메라 축
112: 이미지화 수단 114: 카메라 렌즈
120: 위치 설정 수단 130: 광원
131: 캐리어 플레이트 140: 제어 수단
150: 저장 매체

Claims (10)

1. 눈을 이미지 시퀀스로 이미지화하는 장치(100)로서,
   - 이미지화 수단(112) 및 카메라 렌즈(114) 및 카메라 축(111)을 포함하는 카메라(110);
   - 이미지화될 눈에 대해, 고정된 미리 결정된 위치에, 상기 카메라(110)를 가져가도록 맞춰지는 위치 설정 수단(120);
   - 복수의 개별 광원(130)으로서, 각각의 광원(130)이, 카메라 축(111)에 대해 개별적으로 미리 결정된 각도로 그리고 이미지화될 눈의 방향으로, 광빔(132)을 방출할 수 있도록 배치되는 것인, 복수의 개별 광원;
   - 카메라(110) 및 광원들(130)의 일정한 위치를 동반하는 가운데 상기 카메라(110)에 의해, 이미지화될 눈의 이미지 시퀀스(102)를 캡처하도록 그리고 상기 시퀀스를 저장 매체(150) 상에 고정하도록 구성되는, 제어 수단(140)
   을 포함하고,
   상기 제어 수단(140)은 추가로, 이미지들을 캡처하는 도중에, 광원들(130)이 미리 결정된 순서로 점등되도록, 그리고 단지 하나의 미리 결정된 광원만이 각각의 이미지의 캡처 도중에 점등되도록, 광원들(130)을 온/오프 전환하도록 구성되는 것인, 눈을 이미지 시퀀스로 이미지화하는 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 광원들은, 적어도 하나의 원호를 따라 상기 카메라 렌즈 주위에 배열되는 것인, 눈을 이미지 시퀀스로 이미지화하는 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 광원들은, 상기 카메라 축에 대해 비스듬하게 배향되는, 환형 표면 또는 부분적 환형 표면 상에 배열되는 것인, 눈을 이미지 시퀀스로 이미지화하는 장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광원들은, 적외선 발광 다이오드들이며, 그리고 상기 이미지화 수단은, 적외선 감응형 이미지화 수단인 것인, 눈을 이미지 시퀀스로 이미지화하는 장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광원들은, 캐리어 플레이트 상에 배열되는 것인, 눈을 이미지 시퀀스로 이미지화하는 장치.
6. 제 5항에 있어서,
   캐리어 플레이트는, 단일의 시각적으로 인식 가능한 기준점을 포함하는 것인, 눈을 이미지 시퀀스로 이미지화하는 장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 캐리어 플레이트는, 가시광을 방출할 수 있으며 그리고 각각의 이미지의 검출 도중에 점등되도록 마련되는, 부가적 광원을 포함하는 것인, 눈을 이미지 시퀀스로 이미지화하는 장치.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 장치는, 상기 이미지 시퀀스의 이미지들 상에서, 개별적인 이미지화된 광 반사들 및 상기 이미지 시퀀스를 따르는 그들의 변위를 인식하도록 구성되는, 처리 수단을 더 포함하는 것인, 눈을 이미지 시퀀스로 이미지화하는 장치.
9. 눈을 이미지화하는 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 장치에 의해 획득되는 이미지 시퀀스에 기초하여, 눈의 인공 수정체 또는 천연 수정체의 위치를 자동으로 검출하는 방법으로서,
   - 개별적인 이미지화된 광 반사이미지들 및 상기 이미지 시퀀스를 따르는 그들의 변위를 인식하는 단계;
   - 대응하는 상기 광 반사이미지들의 인식된 형상 및 변위 그리고 개별적인 이미지의 캡처 도중에 점등 전환된 개별적으로 대응하는 광원(130)의 미리 결정된 각도에 의해, 상기 광 반사이미지들 중 적어도 하나를 푸르키네-반사이미지에 할당하는 단계;
   - 상기 할당된 푸르키네-반사이미지들에 기초하여 수정체의 편심 및/또는 경사를 계산하는 단계
   를 포함하는 것인, 눈의 인공 수정체 또는 천연 수정체의 위치를 자동으로 검출하는 방법.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 이미지 시퀀스에서 이미지화된 눈의 동공 및/또는 홍채의 윤곽을 자동으로 인식하는 단계를 더 포함하는 것인, 눈의 인공 수정체 또는 천연 수정체의 위치를 자동으로 검출하는 방법.

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